关键词： 钯催化剂   硫叶立德   芳基羧酸酯   喹喔啉   恶唑烷酮  

摘要： 钯催化硫叶立德反应是一种构建碳-碳、碳-杂键的重要手段,在药物、生物活性中间体、天然产物、功能有机材料的合成和制备方面有重要应用,是当前合成化学研究前沿。基于它们独特的化学反应性,研究了硫叶立德与不同的烯酮和邻苯二胺的反应、丙炔醇化合物与对甲苯磺酰异氰酸酯的反应,扩展反应的底物范围,得到了芳基羧酸酯类、喹喔啉类和恶唑烷酮烷酮类等合成药物的前体化合物。采用核磁共振谱和质谱对所合成的系列化合物进行了结构表征,个别难以确定的化合物采用X-单晶衍射验证其结构。通过实验结果,结合文献数据分析,提出了相关反应的催化机理。(1)钯催化硫叶立德与烯酮反应合成芳基羧酸酯类化合物。以硫叶立德与烯酮为反应底物,于60℃下,采用Pd(PPh3)4作催化剂,THF作反应溶剂,反应24 h,得到9个芳基羧酸酯化合物,柱层析分离产率为64%-85%,并确定其结构。实验结果表明:当叶立德的苯环上带有吸电子基团,烯酮连有吸电子基产率较高,反应更容易发生。提出了钯催化合成芳基羧酸酯的反应机理,钯催化剂是诱导烯酮生成中间体烯醇式的关键因素,有利于产物的生成。(2)钯催化溴代硫盐和邻苯二胺环化合成喹喔啉类化合物。以溴代硫盐和邻苯二胺为底物,Pd(PPh3)4作催化剂,PPh3作配体,K2CO3作碱,THF作溶剂,反应18 h,得到12个喹喔啉类化合物,柱层析分离产率为55%-90%,并确定其结构。实验结果显示:当硫盐的苯环上带有吸电子基团时,产率较高,有利于反应的进行。提出了钯催化环化的反应机理,钯催化剂促进了中间体烯醇式与邻苯二胺氨基的结合,碱起辅助作用,有利于亲核反应的发生,环化生成目标产物。(3)碱催化丙炔醇与对甲苯磺酰异氰酸酯环化生成N-取代基-4-亚甲基-恶唑烷酮类化合物。以NEt3为碱催化剂,采用toluene作溶剂,反应温度为125℃,反应8 h,得到12个恶唑烷酮类化合物,柱层析分离产率为42%-99%,并确定其结构。实验结果表明:芳基丙炔醇和烷基丙炔醇都能顺利反应,芳环上所带的取代基团对反应影响不大,产物恶唑烷酮类化合物的产率较好。提出碱催化偶联环化机理,碱催化引发的环化关键因素是碱能够容易的获取质子,从而发生亲核加成-消除反应生成目标产物。许多天然产物和活性物质中存在芳基羧酸酯结构单元,所合成芳基羧酸酯类化合物可以用于合成含有芳基羧酸酯结构单元的染料、皮革剂、香料和杀虫剂;喹喔啉类化合物是一类重要的含氮生物碱,所合成喹喔啉类化合物可以用于合成抗菌、抗病毒、消炎和抗癌药物的中间体,例如合成吡嗪酰胺类抗结核药物;N-取代-4-亚甲基-恶唑烷酮类化合物含有氧氮的杂环,在精细化工品,复合材料,农药,纤维,防锈剂,活性染料,润滑剂和医药等领域应用广泛。本文的研究结果为这些重要化合物的合成提供了一种更加简单和高效的合成方法。

关键词： 硫叶立德   环加成反应   不对称合成   β-内酰胺   γ-内酰胺   4,5-二氢噻唑  

摘要： 硫叶立德是一类具有强亲核性的化合物,其中带负电荷的碳原子进攻缺电子底物,而带正电的硫原子则在第二步反应中得到电子后作为离去基团脱离;通常情况下,硫叶立德作为1C单元参与化学合成反应。自1961年Johnson-Corey-Chaykovsky反应被报道以来,化学家们对硫叶立德化学进行了大量的研究和探索,合成出多种不同骨架和结构的手性硫化物,同时发现硫叶立德参与有机合成的三种途径:一是硫化物直接作为催化剂参与化学反应,二是先将硫化物制备成硫盐、硫叶立德再参与反应,三是由金属卡宾介导原位生成硫叶立德后再参与反应。此外,研究者还发现硫叶立德可参与多种类型的环加成反应,如研究最广泛的硫叶立德与醛、酮、亚胺、缺电子烯烃类化合物的[2+1]环加成反应;硫叶立德与α，β不饱和的醛、酮、亚胺等缺电子化合物的[4+1]环加成反应;其他特殊结构的硫叶立德参与的特殊类型的环加成反应等。除环加成反应外,硫叶立德还可以参与一些级联反应、domino反应和[2,3]-s重排反应等。本论文主要集中在硫叶立德参与的新型环加成反应研究,特别是与不同的亲电试剂反应,获得较少报道的新型环加成反应产物,得到具有潜在生物活性的化合物骨架。受近期报道的卤代酰胺与吲哚、烯烃类化合物的[3+4]环加成反应、[3+2]环加成反应启发,我们认为该卤代酰胺类底物被碱活化后的中间体具有较强的亲电性,推测该中间体能与稳定硫叶立德发生[3+1]环加成反应。通过反应条件的仔细筛选,我们发现该类化合物与稳定硫叶立德在碱性条件下确实可以发生[3+1]环加成反应,能够合成中等以上收率(up to 74%)、高非对映选择性(dr>19:1)的β-内酰胺类化合物;我们还对该产物的手性合成方法进行了研究,最终获得了中等的对映选择性(67%ee)。该反应是少有的硫叶立德参与的[3+1]环加成反应的报道。另外,在上述[3+1]环加成反应的底物扩展过程中,我们发现苯基取代的卤代酰胺底物与稳定硫叶立德发生了[3+2]环加成反应,即苯乙酮基硫叶立德的羰基C也参与到反应中,合成了含有一个羟基取代的季碳中心的β-内酰胺类化合物,收率最高达85%。该反应是苯乙酮基硫叶立德作为2C单元参与到硫叶立德环加成反应中的首例报道。此外,我们还通过简明密度泛函理论(Brief Density Functional Theory,DFT)计算的方法研究了苯基取代的卤代酰胺底物与苯乙酮基硫叶立德反应的过程,计算结果显示[3+2]环加成反应比[3+1]环加成反应的关键中间体能量更低,即理论上更容易发生[3+2]环加成反应,这一结果与实验结果吻合。手性4,5-二氢噻唑类化合物用途广泛,但其不对称合成方法很少。据报道,硫酰亚胺类化合物能与联烯在叔胺催化剂作用下发生[4+2]环加成反应,受此启发,我们推测该底物是一种良好的亲电试剂,可与硫叶立德发生[4+1]环加成反应,获得二氢噻唑类产物。因此,我们将硫酰亚胺前体与D-樟脑衍生的手性硫盐作为底物尝试了反应。经过反应条件的广泛筛选,我们发现在R-联二萘酚的辅助作用下,以上两种底物可发生不对称[4+1]环加成反应,并以高收率(up to 95%),高非对映选择性(dr>19:1),高对映选择性(ee up to 98%)合成了手性4,5-二氢噻唑类化合物。富烯类化合物是环戊二烯与醛、酮等化合物缩合而成的衍生物,其环外双键有一定的亲电性,可与仲胺活化的酮发生[6+2]环加成反应,也可与亚甲胺叶立德发生[6+3]环加成反应。受以上工作启发,我们推测富烯类化合物能被硫叶立德亲核进攻,从而发生[6+1]环加成反应。经过反应条件的筛选,我们发现环戊二烯与苯甲醛缩合而成的富烯与苯乙酮基硫叶立德发生了[2+1]环加成反应,获得环戊二烯螺环丙烷类化合物,收率达74%,但消旋体的非对映选择性不够理想。我们用不同的手性硫盐为底物,对该反应的不对称合成条件进行了初步筛选,最终以R-联二萘酚衍生的手性硫盐为底物与富烯反应获得收率为70%、dr为11:3、主产物ee为34%的手性产物。对反应的下一步筛选还在进行中。该反应的成功实现提示我们,无拉电子取代基的烯烃也能与硫叶立德发生[2+1]环加成反应,获得环丙烷类化合物。另外,我们还研究了手性叔胺催化的αβ-不饱和亚胺与β-丁烯内酯的不对称[4+2]环加成反应。通过反应条件的筛选,我们发现以β-ICD为催化剂时可合成出exo-型环加成产物,而用DHQD2PHAL为催化剂时则获得endo-型环加成产物,即我们发展了一种利用相同底物在不同手性叔胺催化剂作用下,高效、快速地合成不同构型的产物(非对映异构体)的方法。总之,由稳定硫叶立德与不同结构的缺电子底物通过环加成反应来构建各类环系产物是一种十分有效且实用的合成策略。此外,不同结构类型的缺电子底物与稳定硫叶立德的反应类型不尽相

关键词： 螺环化合物   硫叶立德   BINOL手性磷酸  

摘要： 螺环骨架是药用化合物中非常重要的一类结构骨架。由于其高效的药用价值,螺环骨架也一直是有机化学中的研究热点。本文通过硫叶立德和BINOL手性磷酸,成功的合成了螺环环丙烷产物,和N-杂螺环产物,为螺环化合物的研究和发展提供了有力的参考借鉴。本文的第一章对环丙烷的研究进展进行了系统的综述,包括环丙烷的理化特性、药用价值、参与的主要化学反应和主要构建方法等。环丙烷对药物体内代谢的影响主要包括增加整体结构的稳定、延缓化合物的氧化代谢,以及改变药物的亲脂性等。目前,多种含有环丙烷骨架的化合物已作为安全有效的药物进入了临床使用,包括抗癌药物Lenvatinib,抗HCV药物Boceprevir和Ledipasvir等。从结构上分析,环丙烷的C-C键与烯烃的C=C具有相类似的反应活性,在催化剂的作用下能够发生开环反应,生成1,3-两性离子中间体,进而与亲核试剂或者亲电试剂发生反应构建各类杂环体系。目前,已报道的环丙烷的构建方法主要是Simmons-Smith反应、过渡金属催化的成环丙烷反应,以及Michael-initiated关环反应。本文的第二章报道了一种基于硫叶立德构建螺环环丙烷骨架的方法。该实验以稳定的硫叶立德和缺电子环烯酮为底物,合成了一系列螺环环丙烷产物。该实验具有反应活性高、高产率和高非对映选择性等优势,同时反应条件温和,操作简便。并且通过手性诱导的方式,合成了具有对映选择性的螺环环丙烷产物,该手性系列产物的反应同样具有高产率。本文的第三章论述了BINOL手性磷酸的合成及应用。对制备手性BINOL磷酸的工艺路线进行了简单的优化,得到了一条高效、简便的合成路线。使用所制备的BINOL磷酸催化剂实现了缺电子环烯酮和吖内酯衍生物的[2+3]成环反应,得到了系列N-杂五元螺环产物。该反应不但具有高产率,同时具有很高的立体选择性。

关键词： 铜卡宾   硫叶立德   [2,3]-σ重排   不对称   三氟甲硫基化  

摘要： 基于金属卡宾的硫叶立德[2,3]-σ重排反应也被称之为Doyle-Kirmse反应,是构建含C-S键化合物的有效策略之一。通过该方法,我们以芳基重氮乙酸叔丁酯、烯丙基三氟甲基硫醚为反应底物,在手性铜催化剂催化下实现了高对映选择性的不对称三氟甲硫基化反应。论文的第一部分主要是反应底物和手性配体的合成。以苯乙酸为起始原料通过酯化和重氮转移两步反应合成了芳环上含不同取代基的苯基酯基重氮化合物;以烯丙基氯、TMSCF3、硫磺、KF、CuSCN为反应底物一锅法地合成了烯丙基三氟甲基硫醚;以丙二腈为原料通过两步反应合成了一系列连接部位亚甲基上含双取代基团的双噁唑啉Box配体。论文的第二步部分对反应体系进行了探究,通过对反应底物、配体、溶剂、温度等因素的筛选,确定了最适的反应条件:以手性铜-L5络合物为催化剂,对二甲苯为反应溶剂,30℃情况下苯基酯基重氮化合物与烯丙基三氟甲基硫醚反应6h,以中等到优秀的收率和对映选择性得到目标产物,最高可获得98%收率,92%ee。该方法为含C-SCF3键有机分子化合物的构建提供了一种高效的方法。

关键词： 正辛基甲基硫醚   硫叶立德   2-[2-(4-氯苯基)乙基]-2-(1,1-二甲基乙基)-环氧乙烷  

摘要： [目的]研究一种合成2-[2-(4-氯苯基)乙基]-2-(1,1-二甲基乙基)-环氧乙烷过程中替代二甲基硫醚的方法。[方法]用难挥发的甲基硫醚代替二甲基硫醚合成硫鎓盐,然后与1-(4-氯苯基)-4,4-二甲基-3-戊酮反应合成目标化合物,并对反应条件进行优化。[结果]用正辛基甲基硫醚合成2-[2-(4-氯苯基)乙基]-2-(1,1-二甲基乙基)-环氧乙烷,收率达90.5%,操作过程气味小。[结论]用正辛基甲基硫醚替代二甲基硫醚进行硫叶立德反应,可以克服反应过程的恶臭气味,具有工业化应用前景。

关键词： 杂环化合物   烯胺酮   α-(芳基腙)酮   硫叶立德   成环反应  

摘要： 硫叶立德是一类特殊的偶极分子，它们作为反应试剂或活性中间体广泛应用于有机合成中。近年来，科研工作者合成了系列硫叶立德并用于天然产物和药物的全合成。研究中还发现，硫叶立德可以参与到不同种类的杂环化合物的构建中，在杂环化合物合成方法学方面具有良好的应用前景。\n 我们课题组多年来一直从事杂环化合物合成方法学的研究，从β-羰基酰胺类化合物出发，设计合成了烯胺酮、不饱和酰胺和乙酰环丙酰胺等多种反应前体，尤其是利用该类反应前体具有多官能团化的结构特点，发展了系列嘧啶酮、吡啶酮、喹啉等杂环化合物的合成方法。\n 本论文在课题组前期研究工作的基础上，从分子设计角度出发合成了烯胺酮和腙酮两类具有多官能团的反应前体，并探讨其与硫叶立德的反应，建立了合成杂环化合物的新方法。论文工作主要包括以下两部分:\n 1.从多官能团化的烯胺酮出发，基于氰甲基硫叶立德建立了一种简便有效的[4+2]环化反应合成吡啶酮类化合物的新方法，并提出了该反应经亲核取代反应、分子内环化反应及脱硫甲基反应的可能机理。进而该反应拓展到烯胺酮与二甲亚砜亚甲基叶立德的[4+1]环化反应，提供了一种呋喃类化合物的合成新方法。\n 2.设计合成了一系列易于制备的α-(芳基腙)酮类化合物，探讨了其与二甲亚砜亚甲基叶立德的[4+1]环化反应，发展了一种合成二氢吡唑和吡唑类化合物的新方法。该方法具有普适性。结合实验和文献我们提出了该反应经Corey-Chaykovsky反应、分子内亲核取代反应及脱水反应的可能机理。

关键词： 环氧化合物   制备工艺   硫叶立德   苯炔  

摘要： 在有机化学中，环氧化合物是一种应用极其广泛的合成中间体，其分子内环张力大，化学性质活泼，可以与多种亲核试剂反应。由于三元环氧化合物的化学多功能性和反应活性，在大宗商品的工业生产，以及许多反应中间体、精细化学品、药品合成中被公认为极其重要的合成子。另外，许多天然化合物中的环氧乙烷部分同样是其发挥生物活性的关键部位。鉴于环氧化物巨大的应用价值，科研工作者们对环氧化物的合成途径进行了不断摸索和研究。目前为止，我们可以通过多种途径合成环氧化物，如达尔森反应法、威廉姆森分子内合成法、烯烃-过氧化物氧化反应法等。近年来，在催化环氧化领域，科学家们已经取得了极大的进步，新型催化剂和环氧化反应正在进一步研究当中。硫叶立德作为亲核试剂与羰基化合物反应合成环氧化物的方法是一种绿色温和的合成方法，与传统的合成途径相比，硫叶立德与羰基化合物反应生成环氧化物的反应具有操作更加简单，副反应比较少，反应原料易得等优点。本文主要介绍了利用苯炔激发的硫叶立德对含羰基的化合物进行亲核进攻以制备环氧化合物。\n 硫叶立德是一类重要的活性反应中间体，在有机合成领域中应用广泛。自从1930年被发现以来，硫叶立德参与了许多环氧化反应，例如醛酮化合物的环氧化反应、亚胺的氮杂环丙烷化反应，以及烯烃的环丙烷化反应。目前硫叶立德的合成方法有许多，但是存在反应条件苛刻等缺点，在制备上仍有一定局限性。我们课题组在探究苯炔对亚砜中氧-硫键的插入反应过程中，在温和绿色的条件下实现了碳-硫键和碳-碳键的形成。首先，本文对芳炔与硫-氧键之间的插入反应机理进行了探究，即通过苯炔前体邻-三甲硅基苯酚三氟甲磺酸酯在CsF催化下形成活性苯炔，利用亚砜捕获此活性中间体原位形成硫叶立德，与此同时硫叶立德又被N-甲基靛红截获，以较高的收率得到相应的螺-氧化吲哚环氧乙烷类化合物。整个过程中存在两次活性中间的的捕捉过程，操作简单，条件温和，收率理想，同时构建了碳-碳键，碳-氧键。研究结果表明，在反应中确实产生了硫叶立德。随后，我们探究了硫叶立德的应用范围，得到了各种环氧化合物。\n 本研究是利用苯炔激发的硫叶立德对羰基化合物进行环氧化，这种用以合成环氧化合物的一锅反应在化学合成领域有着重要的研究价值。

关键词： 可见光活化   吲哚   能量传递   C-H官能化   叠氮化合物   串联反应   重氮化合物   空气氧化   硫叶立德  

摘要： 随着当今世界对新能源的不断追求,可见光的利用已经越来越受到社会上各行各业的广泛关注。而在化学合成领域,随着催化化学的深入发展,可见光催化正以蓬勃发展的态势引起了合成化学家的密切关注。国内外很多小组都在可见光催化方面作出了杰出的贡献,可见光催化逐渐成为了合成化学家的研究工具,在各种各样的合成转化之中起到了举足轻重的作用。本论文主要立足于可见光催化的最新研究进展,并围绕可见光诱导的吲哚衍生物的光催化合成展开研究。首先,基于叠氮化合物在光照下容易形成乃春中间体这一性质,我们设计并合成了苯乙烯基叠氮类化合物。利用可见光诱导的能量传递策略,在非常温和的条件下仅仅只用0.5 mo1%的Ru(bpy)3Cl2.6H2O作为光催化剂便完成了苯乙烯基叠氮类化合物的分子内关环C-H官能化反应。我们所设计的反应操作简单,且有比较广的底物适用范围。并以高达99%的分离收率得到了一系列2-取代吲哚类化合物。该反应还可以扩大到克级规模,同时在以太阳光作为光源时反应的效率没有受到明显影响。我们还基于循环伏安以及控制实验提出了可能的反应机理。其次,基于光诱导的能量传递策略,我们还设计了一类重氮类化合物,并且利用能量传递过程实现了这类化合物的关环C-H官能化反应合成了一系列3-酯基氧化吲哚衍生物,然后在相同的催化剂催化作用下发展了一锅串联的光催化空气氧化反应,构建了一系列3-取代氧化吲哚衍生物。该串联反应通过能量传递和单电子传递两个独立的反应过程分别进行,并且在温和的反应条件下以高达86%的收率合成了一系列具有潜在生物活性的3-酯基-3-羟基-2-氧化吲哚衍生物。我们同时还通过循环伏安数据,理论计算和控制实验分别研究了该串联反应中两个催化过程的机理,最后推测了反应可能经历的历程。最后,基于之前可见光催化合成吲哚衍生物方面的工作,以及我们小组之前在硫叶立德方面的研究基础,我们设计并合成了一类含有双吸电子基的稳定硫叶立德,并且研究了这些底物在光催化条件下的合成转化。这也是首例关于这类硫叶立德在非常温和的反应条件下利用可见光催化策略的合成转化。反应成功的关键在于硫叶立德与光催化剂之间发生的单电子传递,而我们利用循环伏安测定底物的氧化还原电位数据与光催化剂的数据对比,结果显示这一过程是热力学允许的。最终,我们利用这一策略以较广的底物适用范围以高达82%收率高效合成了一类具有潜在生物活性的氧化吲哚衍生物。

关键词： 不对称催化   硫叶立德   不对称环氧化反应   不对称烯丙基烷基化反应   氧化吲哚   螺环氧化吲哚  

摘要： 氧化吲哚片段广泛存在于许多天然产物及药物分子结构中,并且该类化合物大多具有良好的生理和药理活性,因吸引了有机化学工作者的研究兴趣。近年来,手性氧化吲哚类化合物的合成已经成为有机化学家们研究的热点之一。本文基于底物不对称诱导(手性硫叶立德)及不对称共催化(钯催化/不对称H键催化)策略,合成了手性螺氧化吲哚及3,3-二取代氧化吲哚类化合物。在第一部分中,我们首先介绍了手性的概念,并对合成手性化合物的策略进行了系统地总结。随后,我们阐述了手性螺氧化吲哚及3,3-二取代氧化吲哚类化合物的重要性,还对该类化合物的不对称合成方法进行了综述。在第二部分中,我们发展了手性硫叶立德与靛红3-位羰基的[2+1]环加成策略,高效合成了一系列手性氧化吲哚螺环氧丙烷类化合物。该不对称反应表现出了宽广的底物适用范围,并都可以给出较高的收率和立体选择性,最高可达到99%的收率,>95:5的非对映选择性和93%的对映选择性。其中手性硫叶立德可以由樟脑衍生的硫盐简单得到。值得说明的是,在反应完成后,手性硫醚可以以90%的收率从反应体系中回收得到。最后,我们通过x-单晶衍射技术确定了产物的绝对构型为(R,R),并且我们还提出了可能的立体反应模型来解释不对称诱导产生的原因。在第三部分中,我们成功地将不对称共催化模式应用到了 3,3-二取代氧化吲哚类化合物的对映选择性构建中。通过将钯催化与不对称H键催化相结合,我们首次实现了 3-芳基氧化吲哚的不对称烯丙基烷基化反应,高效、高对映选择性地合成了多种含3,3-位季碳中心的氧化吲哚类化合物,其对映选择性可高达92%。同时,基于产物绝对构型,实验结果及相关文献报道,我们提出了该反应的可能过渡态。

关键词： 硫叶立德   二甲基硫醚   替代物   戊唑醇   合成  

摘要： 硫叶立德是一种重要的环化试剂,在有机合成中占有重要的地位,比如在三唑类农药中,戊唑醇、粉唑醇、己唑醇、种菌唑、叶菌唑、丙硫菌唑、环丙菌唑、硅氟唑、灭菌唑等杀菌剂的合成中都需要用到硫叶立德。目前在工业生产中,普遍使用二甲基硫醚作为合成硫叶立德的原料,二甲硫醚是一种恶臭、沸点低、易挥发、饱和蒸汽压高的有毒物质,环境影响巨大,迫切需要寻找一种无臭、高沸点、不易挥发、低蒸汽压的硫醚来作为合成硫叶立德的原料,以从源头消除生产过程中的恶臭气味。本文选择一些难挥发的甲基硫醚替代二甲基硫醚来合成硫叶立德,然后用于3-戊酮的环化反应,通过筛选发现正辛基甲基硫醚对3-戊酮的环反应效果较好,经优化,产物2-乙基-1,2-环丁烷的收率达到92.5%。进一步将其应用到其他醛(酮)的环化反应中,产物收率都达到60%以上,表明正辛基甲基硫醚是一种普适性好、适用范围广的硫醚,是一种良好的二甲基硫醚替代物。在此基础上,将正辛基甲基硫醚应用到杀菌剂戊唑醇的中间体2-[2-(4-氯苯基)乙基]-2-(1,1-二甲基乙基)-环氧乙烷合成中。正辛基甲基硫醚先与硫酸二甲酯反应生成硫鎓盐,然后与1-(4-氯苯基)-4,4-二甲基-3-戊酮反应生成2-[2-(4-氯苯基)乙基]-2-(1,1-二甲基乙基)-环氧乙烷,经优化,收率达到90.5%。该方法操作过程气味很小。综上所述,用正辛基甲硫醚替代二甲基硫醚进行硫叶立德反应,可以消除反应过程的恶臭气味,具有工业化应用前景。